电力电子应用中的缓冲电阻器

缓冲电阻器在许多电力电子应用中用作电路保护元件。它们可保护易受攻击的电路组件在系统启动和断电时免受损坏。应用包括灯镇流器、电源和转换器以及电机控制电路。

缓冲电路概述

缓冲电路的目的是抑制可能损坏敏感电子元件的电压尖峰。通常，他们：

·消除电压尖峰。

·限制电流或电压随时间的上升。

·将功率耗散从开关转移到负载。

·降低 EMI（电磁干扰）。

缓冲电路大致分为：

·上升速率控制缓冲器。

·电压钳缓冲器。

·阻尼缓冲器。

在最简单的形式中，导通缓冲电路由一个电阻器和一个电容器组成，这些电阻器和电容器串联在要保护的器件的端子上。关断缓冲电路使用电阻器、电容器和二极管。

缓冲电路中的电容器吸收并存储来自电压尖峰的能量。其目的是减慢电压上升时间，以降低受保护器件的电压变化率。

该电阻器限制流过电容器的电流，有助于抑制高频振荡和噪声。它还有助于耗散电容器中存储的能量，随着时间的推移逐渐释放出来。

在涉及晶闸管或晶体管等开关器件的电路中，在缓冲器中添加了一个二极管，以防止反向电压尖峰。

在可能的情况下，缓冲电路应尽可能靠近它所保护的器件，以尽量减少杂散电感或电阻的影响。

最简单的缓冲电路是电容器和缓冲电阻器在开关上串联连接。它们适用于大多数电压瞬态控制和阻尼应用，特别是电阻器损耗不大的中低功率应用。

在开关操作期间，电容器充电并控制上升速率和峰值电压。当达到稳态操作时，电容器通过电阻器放电。

电阻值应尽可能接近要抑制的寄生谐振的阻抗。这必须与最小化功率耗散相平衡，这意味着电阻值应尽可能低。

考虑到电容器中可能存储的高能量，电阻器必须能够承受相对较高的电流。它还必须消散高瞬态电流产生的热量。电容器应承受最大预期尖峰电压。它必须存储电压尖峰产生的电荷，而不会超过其额定电压。

理想的缓冲电阻器的设计需要仔细考虑。首先，电阻器应具有高功率密度、出色的热性能和无感行为。此外，它应尽可能紧凑，并提供各种标准尺寸。

材料选择在实现这些特性方面起着至关重要的作用。厚膜技术因其固有的低电感而成为理想的选择。该技术还具有成本相对较低和散热性能好等优点。电阻膜和衬底材料的选择都会影响器件的性能。

制造过程对于确保缓冲电阻器的长期可靠性同样重要。导致功率电阻器故障的许多因素都可归因于制造过程。为了降低这些风险，必须仔细选择薄膜油墨和将电阻层缺陷降至最低的制造工艺。这些措施有助于确保电阻器元件能够承受高、短期电流而不会出现故障。

热管理是另一个需要考虑的关键方面。设计人员必须确保厚膜缓冲电阻器具有足够的质量来有效消散产生的热量，必要时可能会包含一个散热器。虽然基材可以显著提高热性能，但这必须与专用材料可能更高的成本相平衡。

为特定应用选择合适的缓冲电阻器似乎微不足道。为了实现长期可靠的运行，必须同时考虑电阻值及其结构。它们有助于延长组件的使用寿命并提高系统的稳定性和效率。